Short report: historical analysis of a near disaster: Anopheles gambiae in Brazil

Attributed to human-mediated dispersal, a species of the Anopheles gambiae complex invaded northeastern Brazil in 1930. This event is considered unique among the intercontinental introductions of disease vectors and the most serious one: "Few threats to the future health of the Americas have equalled that inherent in the invasion of Brazil, in 1930, by Anopheles gambiae." Because it was only in the 1960s that An. gambiae was recognized as a species complex now including seven species, the precise species identity of the Brazilian invader remains a mystery. Here we used historical DNA analysis of museum specimens, collected at the time of invasion from Brazil, and aimed at the identification of the Brazilian invader. Our results identify the arid-adapted Anopheles arabiensis as being the actual invading species. Establishing the identity of the species, in addition to being of intrinsic historical interest, can inform future threats of this sort especially in a changing environment. Furthermore, these results highlight the potential danger of human-mediated range expansions of insect disease vectors and the importance of museum collections in retrieving historical information

Transglutaminases do mosquito Anopheles gambiae: Caracterização genética, bioquímica e funcional durante a infecção por Plasmodium berghei

A malária constitui um problema de saúde pública, que tem vindo a agravar-se, sendo crescente a necessidade de estratégias renovadas para o seu controlo, como a interrupção do ciclo esporogónico. Deste modo, é essencial compreender as respostas imunológicas de Anopheles anti-Plasmodium. Demonstrou-se anteriormente, que a inibição de transglutaminases, enzimas que participam em vários processos biológicos ao catalisarem a formação de ligações covalentes entre péptidos, agrava a infecção em mosquitos pelo parasita. O presente trabalho tem por objectivo caracterizar as transglutaminases AGAP009098 e AGAP009100 de Anopheles gambiae. Os métodos utilizados para este efeito foram: a sequenciação de regiões dos genes AGAP009098 e AGAP009100; a clonagem molecular de fragmentos da região codificante do gene AGAP009098, usando o vector plasmídico pET–28a(+) e Escherichia coli como sistema de expressão; e PCR em Tempo Real para analisar a expressão relativa dos genes AGAP009098 e AGAP009100 nos diferentes os estádios de desenvolvimento. AGAP009098 é expressa ubiquamente e AGAP009100 a partir do estádio pupa. Estes resultados apontam para a conclusão de que AGAP009098 e AGAP009100 poderão desempenhar funções em processos biológicos relevantes, por exemplo na defesa imunitária, ou no desenvolvimento. Os péptidos recombinantes, obtidos a partir da clonagem com sucesso de fragmentos da região codificante do gene AGAP009098, constituem uma ferramenta importante para averiguar a função destas TGases, no futuro.

The role of detoxification in the mosquito Anopheles gambiae response to Plasmodium infection

Rute C. Félix PALAVRAS-CHAVE: Malária, mosquito vector, Anopheles gambiae, parasita, Plasmodium berghei, infecção, enzimas de detoxificação, citocromos P450, tubulinas A malária, uma das doenças mais devastadoras que ocorrem em África é causada por um parasita do género Plasmodium e é transmitida aos humanos por mosquitos vectores do género Anopheles durante a refeição de sangue. Apesar da resposta do mosquito à infecção por Plasmodium ter vindo a ser intensamente estudada nos últimos anos, as interacções entre o mosquito vector e o parasita são muito complexas e, estão longe de serem completamente compreendidas. Este estudo tem como objectivo principal contribuir para o conhecimento da resposta do mosquito à infecção por Plasmodium, focando-se no papel das enzimas de detoxificação. Para atingir este objectivo realizouse uma análise transcriptómica com microarrays, com o intuito de identificar alterações de transcrição de enzimas de detoxificação no mosquito Anopheles gambiae em resposta à infecção por Plasmodium. Esta análise permitiu identificar alterações na expressão de 254 genes de destoxificação no estômago e corpo gordo de A. gambiae durante a invasão do intestino médio pelos oocinetos e durante a libertação dos esporozoítos do oocisto. Os resultados mostraram que a invasão do intestino médio pelos oocinetos causou alterações num maior número de genes em ambos os tecidos estudados, sendo o intestino médio do mosquito o tecido mais afectado nas duas fases da infecção do parasita. De todos os genes de destoxificação com expressão alterada, as tubulinas e os citocromos P450 destacaram-se e foram escolhidos para continuar o estudo. As tubulinas foram seleccionadas porque estão associadas à invasão do epitélio do intestino médio e a sua função na resposta à invasão do Plasmodium ainda não está bem definida. Os citocromos P450 foram seleccionados porque já foram descritos como tendo a expressão alterada em resposta ao Plasmodium e a outras infecções. Para identificar e caracterizar o papel das tubulinas durante a infecção pelo parasita e a sua possível associação com os citocromos P450 foi utilizado o silenciamento génico por RNA de interferência e a injecção de inibidores químicos de tubulinas. O silenciamento e co-silenciamento das tubulinas causaram um aumento da taxa e intensidade da infecção. No entanto, apesar de o aumento ser consistente não foi significativo. Por outro lado, a injecção de paclitaxel, um inibidor de tubulinas, aumentou significativamente a taxa e intensidade da infecção, fortalecendo a hipótese do envolvimento das tubulinas na resposta à infecção por Plasmodium. Este trabalho também mostrou que o co-silenciamento da tubulina A e tubulina B e a injecção do inibidor de tubulinas colchicine causam alterações significativas na expressão da CYP6Z2, sendo este proposto como um possível elo de ligação entre as tubulinas e os citocromos P450. Finalmente, uma análise comparativa foi realizada para estudar as regiões promotoras dos citocromos P450: CYP6M2 e o CYP6Z1. Este estudo obteve novos dados sobre compostos que activam estes citocromos e quais os possíveis factores de transcrição envolvidos. Dos diferentes estímulos utilizados, a exposição a insecticidas e a bactérias foram os que mais afectaram estes citocromos. O conjunto total das diferentes abordagens utilizadas neste trabalho contribuiu para aumentar o conhecimento do papel das enzimas de destoxificação durante a passagem do parasita da malária pelo mosquito vector.

Transglutaminases de Anopheles gambiae: caracterização molecular, bioquímica e histológica.

A malária é causada por parasitas protozoários do género Plasmodium spp, a sua transmissão aos humanos deve-se à picada infecciosa de mosquitos fêmea do género Anopheles spp, sendo Anopheles gambiae o vector mais eficiente de malária em todo o mundo. O intestino médio do mosquito representa um dos ambientes mais desafiantes à sobrevivência e desenvolvimento do parasita, e é, portanto, também um dos locais mais atraentes para novas estratégias de controlo da malária, pois é onde se observa uma diminuição acentuada na população de parasitas invasores. A transglutaminase (TGM) desempenha um papel importante e diversificado em mamíferos, tais como a coagulação e a formação da barreira epitelial, catalisando o “crosslinking” entre proteínas. Em invertebrados, como Drosophila sp, a proteína TGM mostrou estar envolvida na defesa imunitária. O mosquito A. gambiae tem codificado no seu genoma três TGMs, o gene AGAP009099, já caracterizado, é expresso exclusivamente nas MAGs (glândulas auxiliares masculinas). Os genes AGAP009098 e AGAP009100, cujas funções não foram ainda clarificadas, são expressos ubiquamente e em baixos níveis. No presente trabalho, propõe-se a caracterização das duas proteínas codificadas por estes genes, de forma a identificar o modo como estas proteínas interagem dentro do mosquito, a esclarecer o seu papel na invasão do intestino médio de A. gambiae por Plasmodium spp., o que permitirá averiguar o seu envolvimento ao nível da imunidade inata do mosquito. Foi produzida e purificada a proteína recombinante AgTGM98-1, que se utilizou para a produção de um anticorpo anti-AgTGM98. A atividade de TGM no mosquito não se mostrou estatisticamente significativa entre os estadios larvares, pupas e adultos. A caracterização bioquímica de AgTGM98 e AgTGM100 revelou a possível existência de proteínas do tipo TGM. Através de western blotting, verificou-se uma diminuição de AgTGM98, comparando mosquitos não infetados com infetados por P. berghei, o que sugere alterações na expressão desta proteína face à invasão pelo parasita, o que pode significar o seu envolvimento direto na infeção. Caracterizou-se, por imunohistoquímica (IHC) a localização de AgTGM98 e AgTGM100 em intestinos médios de mosquitos. A proteína AgTGM98 apresentou uma localização membranar, na parte basal do intestino médio e com distribuição ao longo deste. Contrariamente, a AgTGM100 tem uma localização intracelular e uma distribuição presente apenas no proventrículo e zona mais apical do intestino médio durante uma fase da sua existência, sendo com o passar do tempo detectada em todo o intestino médio.

Resistência a insecticidas em Anopheles gambiae s.l. na Região de Luanda, Angola

Em Angola, a malária é a principal causa de morbilidade e de mortalidade infantil. O controlo de vectores com recurso aos insecticidas representa uma parte importante da estratégia actual para a prevenção da doença. Em Anopheles gambiae s.s., principal vector de malária em África, estão identificadas duas mutações pontuais no gene que codifica os canais de sódio das membranas das células do sistema nervoso, conferindo resistência knockdown (kdr) aos insecticidas piretróides e ao DDT. Também se encontra descrita para esta espécie uma mutação no gene acetilcolinesterase-1 (ace-1), associada à resistência a carbamatos e organofosfatos. Este trabalho teve como principal objectivo avaliar o nível de resistência aos insecticidas em An. gambiae da província de Luanda, Angola e determinar a frequência destas mutações. Foram realizadas colheitas entomológicas em 2009 e 2010, através da prospeção de criadouros larvares. Os insectos capturados foram criados até a emergência do adulto e sujeitos a ensaios de susceptibilidade a insecticidas, através de testes da OMS. A identificação de espécies e formas moleculares do complexo An. gambiae, bem como a pesquisa de mutações no gene ace-1 foram feitas por PCR-RFLP. A pesquisa de mutações no gene kdr foi realizada por PIRA-PCR. Amostras selecionadas de mosquitos (incluindo uma amostra proveniente de uma colheita de adultos) foram ainda genotipadas para 11 loci microssatélites. Os níveis de resistência para a permetrina, DDT e -cialotrina foram elevados, com taxas de mortalidade inferiores a 70% em ambos os anos. Em contraste, as taxas de mortalidade foram sempre acima de 98% para bendiocarb e fenitrotião, indicadoras de susceptibilidade a estes insecticidas. Todas as amostras processadas foram identificadas como An. gambiae s.s., forma molecular M e não se observou a mutação no gene ace-1 associada à resistência. Em ambos os anos, foi detectada apenas a mutação L1014F no locus kdr e a frequência do alelo mutante (TTT) foi bastante elevada. Em 2009, observou-se uma associação entre genótipos homozigóticos para o alelo 1014F e o fenótipo resistente, para os insecticidas piretróides e para o DDT. O polimorfismo dos loci microssatélites analisados foi elevado, com a riqueza alélica a variar entre 5 (45C1) e 20 (H128) e a heterozigotia esperada entre 0,529 (H577) e 0,862 (H249). A análise genética não revelou um grau de parentesco entre os indivíduos que constituíram as amostras estudadas. Este resultado sugere que os elevados níveis de resistência observados não foram influenciados pelo método de colheita de mosquitos que, em certas condições, poderia contribuir para a amostragem de indivíduos aparentados.

Ecologia do Anopheles gambiae: pesquisas preliminares sôbre a viabilidade dos ovos que ficam fora da água

Within the possibilities offered by an emergency laboratory in Aracati, Ceará State, we studied the resistance of the eggs of Anopheles gambiae, maintained out of water under different conditions of temperature and humidity. The resistance observed was insufficient to justify special mosquito-control measures. The same results were obtained with larvae and pupae at low temperature. The analysis of the data concerning the egg resistance showed that hatching depends on stimuli.

Variation in cuticular hydrocarbons among strains of the Anopheles gambiae sensu stricto by analysis of cuticular hydrocarbons using gas liquid chromatography of larvae

Cuticular hydrocarbons of larvae of individual strains of the Anopheles gambiae sensu stricto were investigated using gas liquid chromatography. Biomedical discriminant analysis involving multivariate statistics suggests that there was clear hydrocarbon difference between the Gambian(G3), the Nigerian (16CSS and, its malathion resistant substrain, REFMA) and the Tanzanian (KWA) strains. The high degree of segregation (95%) in hydrocarbons among the four strains investigated indicates that further analysis is needed to enable understanding of hydrocarbon variation in samples of An. gambiae especially from areas where these populations co-exist.

The distribution of two major malaria vectors, Anopheles gambiae and Anopheles arabiensis, in Nigeria

The distribution of Anopheles gambiae and An. arabiensis across the ecological zones of Nigeria (arid savanna in the north gradually turns into humid forest in the south) was investigated. Results of the present study were compared to the distributions determined from samples of indoor-resting females reported by an earlier study over 20 years ago. Larvae were sampled in the rainy seasons of 1997 and 1999 from 24 localities, 10 of which were sampled in both years. Specimens were identified by the polymerase chain reaction method. Results showed that species composition changed significantly among the 10 localities in both years (chi2=13.62, P = 0.0002), but this change was significant in only four of the 10 localities. The identity of the prevalent (more abundant) species changed between 1997 and 1999 in only three of 10 localities. An. arabiensis was prevalent in several localities in the southern Guinea savanna, an area where it was virtually absent over 20 years ago. The data suggest that An. arabiensis has extend its range, although differences in sampling technique (larval sampling versus adult collection) can not be ruled out as a possible explanation.

Larvicidal activity of extracts from three Plumbago spp against Anopheles gambiae

Three Plumbago spp have been tested for mosquito larvicidal activity. The crude extracts exhibiting the highest larvicidal activity against Anopheles gambiae were hexane (LC50 = 6.4 μg/mL) and chloroform (LC50 = 6.7 μg/mL) extracts from Plumbago zeylanica Linn, chloroform (LC50 = 6.7 ug/mL) extract from Plumbago stenophylla Bull and ethyl acetate (LC50 = 4.1 μg/mL) extract from Plumbago dawei Rolfe. These LC50 values were within 95% confidence limits. 5-hydroxy-2-methyl-1,4-naphthoquinone (plumbagin) 1 (LC50 = 1.9 μg/mL) and β-sitosterol 2 were characterised from ethyl acetate extract of root bark of P. dawei, a native medicinal plant growing in Kenya, based on spectral analysis and comparisons with data in literature.

Anopheles gambiae eicosanoids modulate Plasmodium berghei survival from oocyst to salivary gland invasion

Eicosanoids affect the immunity of several pathogen/insect models, but their role on the Anopheles gambiae response to Plasmodium is still unknown. Plasmodium berghei-infected mosquitoes were injected with an eicosanoid biosynthesis inhibitor, indomethacin (IN), or a substrate, arachidonic acid (AA), at day 7 or day 12 post-infection (p.i.). Salivary gland invasion was evaluated by sporozoite counts at day 21 p.i. IN promoted infection upon sporozoite release from oocysts, but inhibited infection when sporozoites were still maturing within the oocysts, as observed by a reduction in the number of sporozoites reaching the salivary glands. AA treatment had the opposite effect. We show for the first time that An. gambiae can modulate parasite survival through eicosanoids by exerting an antagonistic or agonistic effect on the parasite, depending on its stage of development.

Microarray and RNAi Analysis of P450s in Anopheles gambiae Male and Female Steroidogenic Tissues: CYP307A1 Is Required for Ecdysteroid Synthesis.

In insects, the steroid hormone 20-hydroxyecdysone (20E) coordinates major developmental transitions. While the first and the final steps of 20E biosynthesis are characterized, the pathway from 7-dehydrocholesterol to 5β-ketodiol, commonly referred as the "black box", remains hypothetical and whether there are still unidentified enzymes is unknown. The black box would include some oxidative steps, which are believed to be mediated by P450 enzymes. To identify new enzyme(s) involved in steroid synthesis, we analyzed by small-scale microarray the expression of all the genes encoding P450 enzymes of the malaria mosquito Anopheles gambiae in active steroidogenic organs of adults, ovaries from blood-fed females and male reproductive tracts, compared to inactive steroidogenic organs, ovaries from non-blood-fed females. Some genes encoding P450 enzymes were specifically overexpressed in female ovaries after a blood-meal or in male reproductive tracts but only three genes were found to be overexpressed in active steroidogenic organs of both females and males: cyp307a1, cyp4g16 and cyp6n1. Among these genes, only cyp307a1 has an expression pattern similar to other mosquito steroidogenic genes. Moreover, loss-of-function by transient RNAi targeting cyp307a1 disrupted ecdysteroid production demonstrating that this gene is required for ecdysteroid biosynthesis in Anopheles gambiae.

Papel da Coagulação na Resposta do Mosquito Anopheles Gambiae ao Parasita da malária Plasmodium Berghei

Malária é uma doença parasitária infecciosa aguda ou crónica, causada pelo protozoário do género Plasmodium que é transmitido ao homem através de picada de mosquitos fêmeas do género Anopheles. Causa a morte a milhões de pessoas por ano, na sua maioria crianças até aos 5 anos de idade. A inexistência de estratégias eficazes, contra a transmissão da malária, deve-se sobretudo à falta de conhecimento de moléculas cruciais ao desenvolvimento do parasita no vector. Mecanismos de reconhecimento do parasita e a resposta imune do mosquito à infecção são claramente alvos de novas estratégias de controlo da malária. O ciclo natural de transmissão de Plasmodium requer a conclusão com sucesso, do ciclo esporogónico no intestino médio e nas glândulas salivares do mosquito Anopheles, um processo que demora cerca de duas semanas. Este processo de desenvolvimento pode ser bloqueado pelo sistema imune inato do mosquito, resultando assim na eliminação do parasita do vector. A resposta imunológica envolve vários mecanismos como a fagocitose, encapsulação, nodulação, síntese de péptidos antimicrobianos e coagulação, que são acompanhadas pela activação proteolítica da pró-fenoloxidase presente na hemolinfa.O sistema imune é um factor determinante da capacidade vectorial do mosquito, pelo que vários estudos têm sido feitos para melhor compreender as respostas do mosquito Anopheles, principal vector da malária, ao parasita Plasmodium. Uma das principais respostas desencadeadas pelo sistema imune do mosquito é a coagulação. Estudos recentes demonstram que a coagulação da hemolinfa de Anopheles requer actividade da fenoloxidase e difere de Drosophila s.p na formação, estrutura e composição. O objectivo deste trabalho é estudar o papel da coagulação na resposta do mosquito Anopheles gambiae ao parasita da malária Plasmodium berghei, através do estudo da transglutaminase. Para tal foi feita a caracterização dos genes que codificam para a transglutaminases em A. gambiae, através da sequenciação destes genes e dos seus transcritos, verificando-se alguns polimorfismos quando comparada com a sequência do genoma disponível na base de dados. Para caracterizar do papel desta enzima durante a infecção com P. berghei, foi feita a inibição da actividade enzimática dos genes AGAP009097 e AGAP009098 que codificam para a transglutaminases. Foi feita a descrição da dinâmica de transcrição durante a infecção e o silenciamento destes mesmos genes usando dsRNA. Observou-se um aumento da taxa de infecção e do número médio de oocistos por intestino médio nos mosquitos em que as transglutaminases foram inibidas quimicamente bem como naqueles que possuíam os genes silenciados, quando comparados com os grupos controlo. Com este trabalho espera-se ter contribuído para uma melhor compreensão do funcionamento da capacidade imunológica dos mosquitos na resposta ao parasita da malária e a possibilidade de manipular o sistema imune dos mesmos de modo a eliminar o parasita e contribuir para a diminuição/irradicação da malária, uma das principais doença e causa de morte a nível mundial.

Short report: Historical analysis of a near disaster: Anopheles gambiae in Brazil

Attributed to human-mediated dispersal, a species of the Anopheles gambiae complex invaded northeastern Brazil in 1930. This event is considered unique among the intercontinental introductions of disease vectors and the most serious one: ""Few threats to the future health of the Americas have equalled that inherent in the invasion of Brazil, in 1930, by Anopheles gambiae."" Because it was only in the 1960s that An. gambiae was recognized as a species complex now including seven species, the precise species identity of the Brazilian invader remains a mystery. Here we used historical DNA analysis of museum specimens, collected at the time of invasion from Brazil, and aimed at the identification of the Brazilian invader. Our results identify the arid-adapted Anopheles arabiensis as being the actual invading species. Establishing the identity of the species, in addition to being of intrinsic historical interest, can inform future threats of this sort especially in a changing environment. Furthermore, these results highlight the potential danger of human-mediated range expansions of insect disease vectors and the importance of museum collections in retrieving historical information.

Losing identity: structural diversity of transposable elements belonging to different classes in the genome of Anopheles gambiae

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